JP2019090324A - 太陽電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】両面発電型太陽電池モジュールの電力出力部を簡便に遮蔽する技術を提供する。【解決手段】太陽電池システムは、表面および裏面から入射する太陽光で発電する。太陽電池システムは、両面発電型の太陽電池モジュール１０と、両面発電型の太陽電池モジュール１０を固定する架台５０とを備える。両面発電型の太陽電池モジュール１０は、端子ボックス４０を有する。架台５０は、端子ボックス４０を収納する収納部５４を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、太陽電池システムに関する。

一般に、太陽電池１枚当たりの出力は数Ｗ程度である。このため、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。この太陽電池モジュールの耐候性や耐衝撃性を高めるために、複数の太陽電池が保護部材の間に配設されて、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封止されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２７００８５号公報

通常このような太陽電池モジュールは、取り付け架台と一体化されたフレームを用いて複数の太陽電池モジュールが固定され、太陽電池システムとして設置される。一般に太陽電池モジュールが発電した電力を取り出す端子ボックスおよびケーブル配線は、太陽電池モジュールのいずれか一面側に設けられるため、それらが取り付けられた面は見栄えが悪くなりうる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、両面発電型太陽電池モジュールの電力出力部を簡便に遮蔽する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池システムは、表面および裏面から入射する太陽光で発電する太陽電池システムであって、両面発電型の太陽電池モジュールと、両面発電型の太陽電池モジュールを固定する架台と、を備える。両面発電型の太陽電池モジュールは端子ボックスを有する。架台は端子ボックスを収納する収納部を有する。

本発明によれば、両面発電型太陽電池モジュールの電力出力部を簡便に遮蔽する技術を提供することができる。

太陽電池モジュールの断面図である。 太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。 図３（ａ）は、架台を表面側から見た斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 架台を水平方向に配置した場合の太陽電池システムを表面側から見た斜視図である。 図４のＡ−Ａ’断面図である。 図６（ａ）−（ｃ）は、架台に設けられた水抜き孔を示す図であり、架台の幅方向の断面図である。 架台を垂直方向に配置した場合の太陽電池システムを表面側から見た斜視図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合もある。

（太陽電池モジュールの概略構成）
本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の概略構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、太陽電池モジュール１０の断面図である。図２は、太陽電池モジュール１０を裏面側から見た斜視図である。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池１１、第１保護部材１２、第２保護部材１３、封止部材１４、および端子ボックス４０を備える。第１保護部材１２と第２保護部材１３との間に、複数の太陽電池１１を封止部材１４により封止することにより構成される。

太陽電池モジュール１０は、表面および裏面に入射した太陽光で発電する両面発電型であることが好ましい。ここで、表面とは主に太陽光が入射する側の面であり、裏面とはその反対側の面である。太陽電池モジュール１０として両面発電型の太陽電池モジュールを用いた場合は、駐輪場や駐車場の屋根面のみならず、建物やフェンスのような壁面に設置しても発電が可能である。

太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部には、表面上に表面電極が、裏面上に裏面電極がそれぞれ形成されている。なお、太陽電池１１の構造は特に限定されず、例えば、光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。

光電変換部は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、基板上に形成された非晶質半導体層と、非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。具体例としては、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成し、裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成した構造が挙げられる。透明導電層は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。

隣接する太陽電池１１は、配線部材１６により電気的に接続されている。具体的には、配線部材１６は、隣接する太陽電池１１のうち、一方の太陽電池１１の表面電極と、他方の太陽電池１１の裏面電極とに接続される。これにより、隣接する太陽電池１１間は電気的に直列に接続される。

太陽電池１１と配線部材１６との接続は、半田または樹脂接着剤を用いて接続される。樹脂接着剤を用いる場合には、配線部材１６と太陽電池１１との間に樹脂接着剤を配設し、樹脂接着剤を介して太陽電池１１と配線部材１６とが接続される。樹脂接着剤としては、例えば、樹脂接着剤や、樹脂接着剤中に導電性粒子を分散させた導電性接着フィルム等が用いられる。

第１保護部材１２は、太陽電池１１の表面側に配置される部材である。第１保護部材１２は、矩形形状であり、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板が好適である。

第２保護部材１３は、太陽電池１１の裏面側に配置される部材である。第２保護部材１３は、矩形形状であり、裏面側からの光の入射を想定する場合、第１保護部材１２と同じ部材や、透光性を有するシート等を用いることができる。また裏面側からの光の入射を想定しない場合には透光性を有さない部材を用いることもできる。本実施形態では、第１保護部材１２、第２保護部材１３共に透光性を有するガラス基板を用いている。第２保護部材１３は、第１保護部材１２よりも長手方向の長さが短く設計されている。なお、第１保護部材１２と第２保護部材１３とは、その他の寸法は同一である。そのため、第１保護部材１２と第２保護部材１３の一方の短辺の端部を一致させた場合、他方の短辺の端部は一致せず、間隔Ｈだけずれる。

封止部材１４は、第１保護部材１２と、第２保護部材１３との間で太陽電池１１を封止する。封止部材１４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ、ポリオレフィン等の透光性の樹脂を用いることができる。本実施の形態では、ＥＶＡ樹脂を用いている。

端子ボックス４０は、太陽電池１１が発電した電力を外部に取り出す出力配線２０を収納するための部材である。出力配線２０は、一端が配線部材１６に接続されており、他端が端子ボックス４０の端子に接続されている。出力配線２０は、第１保護部材１２と第２保護部材１３との間隔Ｈから太陽電池モジュール１０の外部に引き出される。出力配線２０は、通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅６ｍｍの銅箔にその全面を半田コートしたものを所定の長さに切断し、配線部材１６に半田付けされている。また、出力配線２０の表面は、絶縁性フィルムによって被覆される。

端子ボックス４０は、出力配線２０が引き出されている太陽電池モジュール１０の短辺近傍に取り付けられる。具体的には、端子ボックス４０は、直方体であり、その長手方向が太陽電池モジュール１０の短辺と平行となるようにシリコン樹脂１５等で取り付けられる。端子ボックス４０の長手方向の両端からは、端子ボックス４０の端子に接続されたケーブル４２が引き出される。

（太陽電池システム）
次に、太陽電池システム１００の構成について説明する。太陽電池システム１００は、複数の太陽電池モジュール１０を架台５０上に固定することにより構成されている。

まず、架台５０の構成について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は、架台５０を表面側から見た斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

架台５０は、長手方向を有する筒状の部材であり、太陽電池モジュール１０が載置される載置面５２上に長手方向に沿って延びる凹形状の収納部５４が形成されている。すなわち、架台５０の長手方向に垂直な方向の断面は、長方形の一辺の一部が凹んだ形状となっている。収納部５４は、その幅（長手方向とは垂直な方向の長さ）が端子ボックス４０の幅よりも大きく、その深さが端子ボックス４０の厚みよりも大きくなるよう設計されている。架台５０は、例えばアルミニウム合金を用いて形成される。

太陽電池システム１００は、複数の架台５０を水平方向または水平方向とは垂直な方向に平行に並べ、架台５０上に複数の太陽電池モジュール１０を固定することにより構成することができる。

以下、架台５０を水平方向に配置した場合の太陽電池システム１００の構成について、図４、図５を参照しながら説明する。図４は、架台５０を水平方向に配置した場合の太陽電池システム１００を表面側から見た斜視図である。図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。図４、図５において、鉛直上側に位置する太陽電池モジュール１０を符号１０ａとし、鉛直下側に位置する太陽電池モジュール１０を符号１０ｂとする。同様に、鉛直上側に位置する架台５０を符号５０ａとし、鉛直下側に位置する架台５０を符号５０ａとする。

太陽電池システム１００は、複数の架台５０と、複数の太陽電池モジュール１０と、第１固定部材６０と、第２固定部材６２とを備える。また複数の架台５０は、水平方向に平行に配置されている。

複数の太陽電池モジュール１０は、その裏面側が架台５０の載置面５２と対向するように配置される。具体的には、太陽電池モジュール１０ａの端子ボックス４０が設けられている側の短辺部分が架台５０ａ上に配置される。太陽電池モジュール１０ａの他方の短辺部分が架台５０ｂ上に配置される。また、太陽電池モジュール１０ｂの端子ボックス４０が設けられている側の短辺部分も架台５０ｂ上に配置される。このように、短辺同士が隣接する太陽電池モジュール１０ａ、１０ｂは、隣接する各短辺部分が１つの架台５０ｂ上に配置される。端子ボックス４０およびケーブル４２は、架台５０の収納部５４内に収納される。

第１固定部材６０および第２固定部材６２は、太陽電池モジュール１０を架台５０に固定する部材である。第１固定部材６０は、太陽電池システム１００の鉛直上側または鉛直下側の端部において太陽電池モジュール１０を架台５０に固定するための部材である。第２固定部材６２は、太陽電池システム１００の中央部において、隣接する二つの太陽電池モジュール１０を一緒に架台５０に固定するための部材である。

第１固定部材６０は、太陽電池モジュール１０毎に、短辺の両端部分を固定するために２つずつ設けられている。第１固定部材６０は、図５に示すように、太陽電池モジュール１０ａの表面から側面に向かって折れ曲がり、太陽電池モジュール１０ａの側面から架台５０ａの載置面５２に向かって折れ曲がり、架台５０ａの載置面５２から側面に向かって折れ曲がっている。第１固定部材６０は、架台５０ａの載置面５２上に配置された部分においてボルト６４により架台５０ａに固定されている。これにより、太陽電池モジュール１０ａは架台５０ａに固定される。

第２固定部材６２は、短辺が隣接する太陽電池モジュール１０毎に、短辺の両端部分を固定するために２つずつ設けられている。第２固定部材６２は、図５に示すように、太陽電池モジュール１０ａの表面から側面に向かって折り曲がり、太陽電池モジュール１０ａの側面から架台５０ｂの載置面５２に向かって折れ曲がり、架台５０ｂの載置面５２から太陽電池モジュール１０ｂの側面に向かって折れ曲がり、太陽電池モジュール１０ｂの側面から表面に向かって折れ曲がっている。第２固定部材６２は、架台５０ｂの載置面５２上に配置された部分においてボルト６４により架台５０ｂに固定されている。これにより、太陽電池モジュール１０ａ、ｂは架台５０ｂに固定される。

なお、架台５０ａと架台５０ｂとは、載置面５２の面積が異なる。架台５０ｂの載置面５２の面積は、架台５０ａの載置面５２の面積よりも大きい。これは、架台５０ａが太陽電池モジュール１０ａの鉛直上端部のみを載置できればよいのに対し、架台５０ｂが太陽電池モジュール１０ａの鉛直下端部および太陽電池モジュール１０ｂの鉛直上端部の両方を載置する必要があるからである。これにより、太陽電池モジュール１０は鉛直上端部および鉛直下端部で架台５０によって支持されるため、太陽電池モジュール１０を架台５０に安定して固定することが可能となる。

図４、５に示す太陽電池システム１００は、屋外に設置されるのが一般的であるため、太陽電池モジュール１０の隙間から架台５０の収納部５４に雨水等に由来する水が浸入してくる場合がある。そのため、架台５０は、収納部５４から水を排水する水抜き孔５６を備えることが好ましい。図６（ａ）−（ｃ）は、架台５０に設けられた水抜き孔５６を示す図であり、架台５０の幅方向の断面図である。

例えば、太陽電池システム１００が駐輪場や駐車場の屋根面に設置される場合、太陽電池システム１００は地面に対して略水平となる。一方、壁面に設置される場合、太陽電池システム１００は地面に対して略垂直となる。したがって、架台５０は、太陽電池システム１００を設置したときに鉛直方向下向きとなるように水抜き孔５６を備える。

例えば、太陽電池システム１００を壁面に設置する場合、図６（ａ）に示すように、収納部５４の開口部は水平方向を向くことになる。この場合、収納部５４の壁面から鉛直下向き方向に水抜き孔５６を設けることで、収納部５４に存在する水を簡便に排出することができる。

また、太陽電池システム１００を屋根面に設置するときは、図６（ｂ）に示すように収納部５４は鉛直上向きに開口する。この場合、収納部５４の底面から鉛直下向き方向に水抜き孔５６を設けることで、収納部５４に存在する水を簡便に排出することができる。

図６（ｃ）に示すように、収納部５４の底面と壁面とが接する角部から、斜め下向きに水抜き孔５６を設けてもよい。この場合、収納部５４が水平方向に開口しても、あるいは鉛直上向きに開口しても、収納部５４から水抜き孔５６は斜め下向きに貫通することになる。したがって、いずれの場合であっても収納部５４に存在する水を排出することができる。

図７は、架台５０を垂直方向に配置した場合の太陽電池システム１００を表面側から見た斜視図である。なお、架台５０を水平方向とは垂直な方向に配置した場合の太陽電池システム１００は、図７に示すように、図４に示す太陽電池システム１００の太陽電池モジュール１０および架台５０の向きが異なるだけである。したがって、架台５０、第１固定部材６０および第２固定部材６２を用いた太陽電池モジュール１０の固定の仕方やその作用効果は同様である。

以上のように、本実施形態の太陽電池システム１００は、太陽電池モジュール１０の端子ボックス４０およびケーブル４２を収納可能な収納部５４が形成された架台５０を備える。これにより、太陽電池システム１００の裏面側において各太陽電池モジュール１０の端子ボックス４０およびケーブル４２は架台５０の収納部５４に収納され、外部からは見えなくなる。また、ケーブル４２がばらばらにならないように固定部材で別途固定する必要がない。このため、太陽電池システム１００の裏面側の見栄えが向上し、またケーブル４２を固定する固定金具が不要となり、設置の手間およびコストを削減することが可能となる。

また、架台５０は、収納部５４の幅および深さが端子ボックス４０の幅および厚みよりも大きく設計されている。このため、端子ボックス４０およびケーブル４２を収納部５４内に完全に収納することができ、さらに太陽電池システム１００の裏面側の見栄えが向上する。さらに、太陽電池モジュール１０の裏面と、架台５０の載置面５２とを接触させることができ、太陽電池モジュール１０を架台５０に安定して固定することができる。

また、第１固定部材６０および第２固定部材６２は、架台５０上にボルト６４を取り付けることにより、太陽電池モジュール１０を架台５０に固定している。これにより、太陽電池モジュール１０にボルト６４を通すための穴を設けることなく、太陽電池モジュール１０を架台５０に固定することができる。

また、端子ボックス４０は、太陽電池モジュール１０の裏面側であって、短辺近傍に取り付けられている。これにより、太陽電池モジュール１０の表面側に入射する太陽光は端子ボックス４０に遮蔽されることはない。また、太陽電池モジュール１０の裏面側に入射する太陽光が端子ボックス４０によって遮られることを抑制することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の説明では、太陽電池モジュール１０は表面および裏面に入射した太陽光で発電する両面発電型を前提に説明したが、片面での発電を想定した片面発電型の太陽電池モジュールであっても本発明は成立する。

１０ 太陽電池モジュール、 １１ 太陽電池、 １２ 第１保護部材、 １３ 第２保護部材、 １４ 封止部材、 １６ 配線部材、 ２０ 出力配線、 ３０ 封止フィルム、 ４０ 端子ボックス、 ４２ ケーブル、 ５０ 架台、 ５２ 載置面、 ５４ 収納部、 ５６ 水抜き孔、 ６０ 第１固定部材、 ６２ 第２固定部材、 ６４ ボルト、 １００ 太陽電池システム。

本発明は、太陽電池システムに利用可能である。

Claims (3)

1. 表面および裏面から入射する太陽光で発電する太陽電池システムであって、
   両面発電型の太陽電池モジュールと、
   前記両面発電型の太陽電池モジュールを固定する架台と、を備え、
   前記両面発電型の太陽電池モジュールは端子ボックスを有し、
   前記架台は前記端子ボックスを収納する収納部を有する、太陽電池システム。
2. 前記太陽電池システムは地面に対して略垂直に設置される、請求項１に記載の太陽電池システム。
3. 前記端子ボックスに接続されたケーブルをさらに備え、
   前記ケーブルは前記架台の前記収納部に収納される、請求項１または２に記載の太陽電池システム。

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